CN104278196A - 一种商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢及其制备方法 - Google Patents

一种商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢及其制备方法，属于冶金技术领域，轮辋用钢成分按重量百分比含C0.06～0.09%，Si0.10～0.20%，Mn1.30～1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Al0.02～0.05%，Nb0.04～0.06%，Ti0.03～0.05%，N≤0.0060%，余量为Fe，抗拉强度为600～680MPa，屈服强度为500～580MPa，断后伸长率≥23%；制备方法为：（1）将铁水进行KR脱硫处理、进行LF精炼处理、RH精炼处理、Ca处理；软吹后进入中间包，全保护浇铸；（2）将铸坯重新加热均热处理，经除鳞和定宽后进行粗轧和精轧，层流冷却后卷取。本发明通过合理的性能、规格、成分及热轧工艺设计，生产高强度、高表面质量、高疲劳寿命且性能稳定，满足生产及用户要求的高强轮辋专用钢。

Description

一种商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢及其制备方法。
背景技术
在经济高速发展和资源短缺、能源危机、环境保护的双重压力下，人们对汽车提出的发展要求是安全、节能、环保、舒适和低成本化。有关资料表明，汽车轻量化是降低油耗、减少二氧化碳排放的最主要途径。据分析，汽车车重每减轻10%，可节省燃油3~7%，而汽车车轮作为行走部件，使用高强钢来减轻质量的节能效果相当于其他零部件的1.2~1.3倍。在这种轻量化趋势的推动下，车轮用钢必然向高强化发展。
在国家城镇化建设过程中，商用汽车承担着人口与货物运输的重要任务，为减少汽车尾气排放，保护消费者权益，落实《节能减排“十二五”规划》和《大气污染防治行动计划》，中华人民共和国工业和信息化部定于2014年12月31日废止适用于国家第三阶段汽车排放标准的柴油车产品，实施商用汽车国家第四阶段汽车排放标准；由此可见，政策导向非常鼓励商用车轻量化的发展，商用车高强车轮钢在这种环境下将有很大的市场需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢及其制备方法，满足车轮制造厂对于商用汽车轻量化无内胎轮辋专用钢的需求，提高轮辋闪光对焊后加工成材率及整卷性能稳定性，提高轻量化车轮径向疲劳寿命。
本发明的商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢的成分按重量百分比含C 0.06~0.09%，Si 0.10~0.20%，Mn 1.30~1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Al0.02~0.05%，Nb 0.04~0.06%，Ti 0.03~0.05%，N≤0.0060%，余量为Fe和不可避免杂质，抗拉强度为600~680MPa，屈服强度为500~580 MPa，断后伸长率≥23%，厚度为3.0~6.0mm。
上述的商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢的组织为铁素体和珠光体混合组织，铁素体晶粒度等级为12~13级，铁素体体积分数为90~95%。
本发明的的商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢的制备方法按以下步骤进行：
（1）炼钢与连铸：将铁水进行KR脱硫处理后，进行LF精炼+RH精炼的双精炼处理，再喂Si-Ca线进行Ca处理；Ca处理后软吹，软吹后进入中间包，然后采用连铸结晶器进行全保护浇铸；浇铸后下线入缓冷坑缓冷，获得上述成分的铸坯；
（2）轧钢：将铸坯用3~5小时加热至1220~1280℃，进行30~40分钟均热处理，均热处理后出炉温度为1220~1260℃，再进行除鳞和定宽，然后进行粗轧和精轧；粗轧出口温度为1020~1060℃，粗轧总压下率为82~83%；精轧的终轧温度为850~890℃，精轧总压下率为85~93%；精轧后的钢板层流冷却至620~660℃，最后卷取并进入缓冷坑缓冷至室温，制成商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢。
上述方法中，进行LF精炼处理时，控制到站时铝的重量含量为0.02~0.05%。
上述方法中，RH精炼处理时纯循环时间≥8分钟，所述的Ca处理后软吹时间≥12分钟。
上述方法中，粗轧结束后进入精轧前，开启保温罩防止粗轧后的中间坯温度降低。
上述方法获得的商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢经180°冷弯，b=35mm，d=2a测试结果合格。
上述方法中，KR脱硫处理时采用Si-Mn合金配Si，用Mn-Fe合金配Mn，LF精炼炉时采用Si-Fe合金调Si，Mn-Fe合金调Mn，Nb-Fe合金配Nb，RH精炼时采用Mn-Fe合金调Mn，Nb-Fe合金调Nb，最后用Ti-Fe合金调Ti。
本发明的成分控制的原理是：为减小LF脱硫压力，入炉铁水先进行KR脱硫处理，防止转炉冶炼过程回硫，不使用生铁块，精炼到站铝含量控制0.02~0.05%，给控制回硅创造有利条件；保证RH纯循环时间，结束后进行Ca处理，以利于夹杂物的控制；采用LF+RH炉精炼处理对钢水的化学成分进行准确的控制，然后进行全保护浇铸，防止钢水增氮，利用连铸机获得所需要的铸坯。
本发明通过合理的性能、规格、成分及热轧工艺设计，采用适量的碳、锰作为基础强化元素，添加微合金元素Nb、Ti的化学成分设计；采用LF+RH双联精炼模式，控轧控冷热轧工艺技术，生产高强度、高表面质量、高疲劳寿命且性能稳定的，满足生产及用户要求的高强轮辋专用钢；经国内钢圈车轮厂试用于制造供国外市场的大无内胎轻量化车轮轮辋，车轮类型：大无内胎商用车轮，规格：22.5×8.25J，车轮总成重量≤33.0Kg，实验经闪光对焊后成型良好，车轮总成径向疲劳寿命达125~150万次，满足客户需求。
附图说明
图1为本发明的商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢的制备方法流程示意图；
图2为采用本发明制备的产品试制的商用汽车车轮轮辋照片图；
图3为本发明实施例1的商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢的金相显微组织图。
具体实施方式
本发明实施例中KR脱硫处理时采用的Si-Mn合金为FeMn68Si18合金，采用的Mn-Fe合金为FeMn88C0.4合金，LF精炼炉时采用的Si-Fe合金为FeSi75Al2.0合金，采用的Mn-Fe合金为FeMn78C2.0合金，采用的Nb-Fe合金为-FeNb60-A合金（65%Nb），RH精炼时采用Mn-Fe合金为FeMn78C2.0合金，采用的Nb-Fe合金为-FeNb60-A合金（65%Nb），采用的Ti-Fe合金为FeTi30-A合金。
本发明实施例中轧制是采用首钢京唐2250热连轧机组进行轧制，钢材的宽度规格为1000~2000mm。
本发明实施例中轮辋的疲劳检测是车轮径向疲劳，检测标准为《GB/T 5909-2009商用车辆车轮性能要求和试验方法》。
本发明实施例中金相组织图是将金相试样经研磨、抛光后，用重量浓度4%的硝酸酒精溶液腐蚀，再利用Leica-DMI5000M金相显微镜拍摄。
本发明实施例中的粗轧是采用二辊和四辊粗轧机进行1+5道次或3+3道次粗轧。
本发明实施例中的精轧是采用7机架精轧机进行连续精轧。
本发明实施例中的除鳞采用高压水除鳞机。
本发明实施例中的定宽采用定宽压力机。
实施例1
将铁水进行KR脱硫处理后，进行LF精炼+RH精炼的双精炼处理，再喂Si-Ca线进行Ca处理；Ca处理后软吹，软吹后进入中间包，然后采用连铸结晶器进行全保护浇铸；浇铸后下线入缓冷坑缓冷，获得的铸坯成分按重量百分比含C 0.06%，Si 0.20%，Mn 1.35%，P 0.014%，S 0.004%，Al 0.05%，Nb 0.06%，Ti 0.03%，N 0.0037%，余量为Fe和不可避免杂质；
其中进行LF精炼处理时，控制到站时铝的重量含量为0.02%；RH精炼处理时纯循环时间8分钟，所述的Ca处理后软吹时间13分钟； 
将铸坯用3.5小时加热至1220~1280℃，进行35分钟均热处理，均热处理后出炉温度为1241℃，再进行除鳞和定宽，然后进行1+5道次粗轧和精轧；粗轧出口温度为1025℃，粗轧总压下率为83%；精轧的终轧温度为863℃，精轧总压下率为87%；
其中粗轧结束后进入精轧前，开启保温罩防止粗轧后的中间坯温度降低；
精轧后的钢板层流冷却，至641℃卷取并进入缓冷坑缓冷至室温，制成商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢；抗拉强度为615MPa，屈服强度为545 MPa，断后伸长率26.5%，厚度为5.0mm，组织为铁素体和珠光体混合组织，铁素体晶粒度等级为12级，铁素体体积分数为92%，经180°冷弯，b=35mm，d=2a测试结果合格，金相显微组织如图3所示。
实施例2
将铁水进行KR脱硫处理后，进行LF精炼+RH精炼的双精炼处理，再喂Si-Ca线进行Ca处理；Ca处理后软吹，软吹后进入中间包，然后采用连铸结晶器进行全保护浇铸；浇铸后下线入缓冷坑缓冷，获得的铸坯成分按重量百分比含C 0.08%，Si 0.13%，Mn 1.50%，P 0.013%，S 0.005%，Al 0.04%，Nb 0.04%，Ti 0.04%，N 0.0052%，余量为Fe和不可避免杂质；
其中进行LF精炼处理时，控制到站时铝的重量含量为0.03%；RH精炼处理时纯循环时间8分钟，所述的Ca处理后软吹时间14分钟； 
将铸坯用4小时加热至1220~1280℃，进行35分钟均热处理，均热处理后出炉温度为1245℃，再进行除鳞和定宽，然后进行1+5道次粗轧和精轧；粗轧出口温度为1040℃，粗轧总压下率为82%；精轧的终轧温度为878℃，精轧总压下率为88%；
其中粗轧结束后进入精轧前，开启保温罩防止粗轧后的中间坯温度降低；
精轧后的钢板层流冷却，至623℃卷取并进入缓冷坑缓冷至室温，制成商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢；抗拉强度为630MPa，屈服强度为548MPa，断后伸长率25.5%，厚度为5.0mm，组织为铁素体和珠光体混合组织，铁素体晶粒度等级为12.5级，铁素体体积分数为90%，经180°冷弯，b=35mm，d=2a测试结果合格。
实施例3
将铁水进行KR脱硫处理后，进行LF精炼+RH精炼的双精炼处理，再喂Si-Ca线进行Ca处理；Ca处理后软吹，软吹后进入中间包，然后采用连铸结晶器进行全保护浇铸；浇铸后下线入缓冷坑缓冷，获得的铸坯成分按重量百分比含C 0.07%，Si 0.12%，Mn 1.44%，P 0.012%，S 0.003%，Al 0.03%，Nb 0.05%，Ti 0.04%，N 0.0048%，余量为Fe和不可避免杂质；
其中进行LF精炼处理时，控制到站时铝的重量含量为0.05%；RH精炼处理时纯循环时间8分钟，所述的Ca处理后软吹时间13分钟； 
将铸坯用4小时加热至1220~1280℃，进行30分钟均热处理，均热处理后出炉温度为1252℃，再进行除鳞和定宽，然后进行3+3道次粗轧和精轧；粗轧出口温度为1060℃，粗轧总压下率为83%；精轧的终轧温度为865℃，精轧总压下率为89%；
其中粗轧结束后进入精轧前，开启保温罩防止粗轧后的中间坯温度降低；
精轧后的钢板层流冷却，至642℃卷取并进入缓冷坑缓冷至室温，制成商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢；抗拉强度为638MPa，屈服强度为553 MPa，断后伸长率27.5%，厚度为4.5mm，组织为铁素体和珠光体混合组织，铁素体晶粒度等级为12级，铁素体体积分数为92%，经180°冷弯，b=35mm，d=2a测试结果合格。
实施例4
将铁水进行KR脱硫处理后，进行LF精炼+RH精炼的双精炼处理，再喂Si-Ca线进行Ca处理；Ca处理后软吹，软吹后进入中间包，然后采用连铸结晶器进行全保护浇铸；浇铸后下线入缓冷坑缓冷，获得的铸坯成分按重量百分比含C 0.07%，Si 0.18%，Mn 1.30%，P 0.015%，S 0.004%，Al 0.02%，Nb 0.045%，Ti 0.05%，N 0.0060%，余量为Fe和不可避免杂质；
其中进行LF精炼处理时，控制到站时铝的重量含量为0.045%；RH精炼处理时纯循环时间9分钟，所述的Ca处理后软吹时间13分钟； 
将铸坯用3.8小时加热至1220~1280℃，进行40分钟均热处理，均热处理后出炉温度为1238℃，再进行除鳞和定宽，然后进行3+3道次粗轧和精轧；粗轧出口温度为1041℃，粗轧总压下率为82%；精轧的终轧温度为852℃，精轧总压下率为93%；
其中粗轧结束后进入精轧前，开启保温罩防止粗轧后的中间坯温度降低；
精轧后的钢板层流冷却，至631℃卷取并进入缓冷坑缓冷至室温，制成商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢；抗拉强度为649MPa，屈服强度为559 MPa，断后伸长率23.5%，厚度为3.0mm，组织为铁素体和珠光体混合组织，铁素体晶粒度等级为13级，铁素体体积分数为95%，经180°冷弯，b=35mm，d=2a测试结果合格。
实施例5
将铁水进行KR脱硫处理后，进行LF精炼+RH精炼的双精炼处理，再喂Si-Ca线进行Ca处理；Ca处理后软吹，软吹后进入中间包，然后采用连铸结晶器进行全保护浇铸；浇铸后下线入缓冷坑缓冷，获得的铸坯成分按重量百分比含C 0.09%，Si 0.10%，Mn 1.36%，P 0.011%，S 0.005%，Al 0.04%，Nb 0.06%，Ti 0.03%，N 0.0055%，余量为Fe和不可避免杂质；
其中进行LF精炼处理时，控制到站时铝的重量含量为0.03%；RH精炼处理时纯循环时间9分钟，所述的Ca处理后软吹时间14分钟； 
将铸坯用4.5小时加热至1220~1280℃，进行30分钟均热处理，均热处理后出炉温度为1239℃，再进行除鳞和定宽，然后进行1+5道次粗轧和精轧；粗轧出口温度为1050℃，粗轧总压下率为83%；精轧的终轧温度为865℃，精轧总压下率为85%；
其中粗轧结束后进入精轧前，开启保温罩防止粗轧后的中间坯温度降低；
冷却卷取：精轧后的钢板层流冷却，至646℃卷取并进入缓冷坑缓冷至室温，制成商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢；抗拉强度为663MPa，屈服强度为576 MPa，断后伸长率23.5%，厚度为6.0mm，组织为铁素体和珠光体混合组织，铁素体晶粒度等级为12.5级，铁素体体积分数为91%，经180°冷弯，b=35mm，d=2a测试结果合格。

Claims (6)

1.一种商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢，其特征在于成分按重量百分比含C 0.06~0.09%，Si 0.10~0.20%，Mn 1.30~1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Al0.02~0.05%，Nb 0.04~0.06%，Ti 0.03~0.05%，N≤0.0060%，余量为Fe和不可避免杂质，抗拉强度为600~680MPa，屈服强度为500~580 MPa，断后伸长率≥23%，厚度为3.0~6.0mm。
2.根据权利要求1所述的商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢，其特征在于组织为铁素体和珠光体混合组织，铁素体晶粒度等级为12~13级，铁素体体积分数为90~95%。
3.一种权利要求1所述的商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）炼钢与连铸：将铁水进行KR脱硫处理后，进行LF精炼+RH精炼的双精炼处理，再喂Si-Ca线进行Ca处理；Ca处理后软吹，软吹后进入中间包，然后采用连铸结晶器进行全保护浇铸；浇铸后下线入缓冷坑缓冷，获得上述成分的铸坯；
（2）轧钢：将铸坯用3~5小时加热至1220~1280℃，进行30~40分钟均热处理，均热处理后出炉温度为1220~1260℃，再进行除鳞和定宽，然后进行粗轧和精轧；粗轧出口温度为1020~1060℃，粗轧总压下率为82~83%；精轧的终轧温度为850~890℃，精轧总压下率为85~93%；精轧后的钢板层流冷却至620~660℃，最后卷取并进入缓冷坑缓冷至室温，制成商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢。
4.根据权利要求3所述的商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢的制备方法，其特征在于进行LF精炼处理时，控制到站时铝的重量含量为0.02~0.05%。
5.根据权利要求3所述的商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢的制备方法，其特征在于所述的RH精炼处理时纯循环时间≥8分钟，所述的Ca处理后软吹时间≥12分钟。
6.根据权利要求3所述的商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢的制备方法，其特征在于粗轧结束后进入精轧前，开启保温罩防止粗轧后的中间坯温度降低。
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